摘 要：煤礦堅硬頂板回采工作面和普通回采工作面的主要區(qū)別是礦山壓力顯現(xiàn)的不同，堅硬頂板回采工作面其礦山壓力顯現(xiàn)較為劇烈[1]。首先，堅硬頂板在煤層回采后頂板可以形成大面積懸露而不垮落，其次初次垮落步距一般大于30～40m，因而對工作面的回采安全形成極大的威脅。同時，頂板大面積的垮落，經(jīng)常給回采工作面乃至礦井造成嚴重的破壞，甚至發(fā)生礦震。

　　關鍵詞：堅硬頂板;初次來壓;頂板控制;顯現(xiàn)特征

　　1、我國工作面的頂板分類

　　為了改善頂板管理，我國頒布了新的《緩斜和傾斜煤層回采工作面頂板分類》方案。該方案首先明確了偽頂、直接頂、基本頂?shù)幕靖拍睿缓蟀捶€(wěn)定性將直接頂分為四類，按來壓強度將基本頂分為四級，最后由兩者類級別的不同組合，將采場頂板分為11類，其中屬于堅硬頂板的有Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ3、Ⅲ4、VI4五類。

　　我國現(xiàn)行的這種頂板分類對Ⅲ級來壓強烈頂板有了較細的劃分，但Ⅳ級頂板太籠統(tǒng)，而且控制方法也未加區(qū)別，針對性不強。在Ⅲ級頂板中，Ⅲ1、Ⅲ2類可以用全部垮落法，Ⅲ3、Ⅲ4類必須強制放頂，顯然不夠確切，因為l、2類頂板只表明了它的直接頂穩(wěn)定性差，并不表明巖層的厚度大小，從0.3～5的N值變化范圍很大，其中25～50m來壓步距的頂板必有來壓強烈，甚至極強烈的。

　　2、堅硬頂板采場礦山壓力顯現(xiàn)特征

　　2.1周期性的破斷來壓步距大、動載系數(shù)高

　　堅硬頂板的一大特點就是煤層采出后，采空區(qū)上方的頂板不能及時垮落，當懸露較大面積后，才突然破斷冒落。根據(jù)統(tǒng)計，初次冒落的面積一般在3000m2以上，而周期冒落面積也在1500m2以上。對于長壁采場來說，初次來壓步距在30m以上，整體性強的頂板往往呈正方形的懸露面積時，頂板活動產(chǎn)生的壓力最大，也就是說工作面長度和來壓步距近似相等時，往往易發(fā)生工作面開采過程中的頂板最劇烈活動。

　　造成堅硬頂板來壓強烈的另一個重要因素是直接頂厚度小，垮落巖石在采空區(qū)形成的墊層很薄，或者無墊層，老頂垮落的空間高度大，在變形能量釋放的同時，大塊頂板的巖石直接沖擊在支架上。除此之外堅硬頂板壓力還與采深有著一定的關系。

　　隨著采深不斷增加，應力曲線不斷上揚，煤層受到的整體應力也相應增大，當采深為1200m時，應力峰值達到了55MPa;在煤層的非彈性區(qū)的前面部分應力曲線基本重合，說明煤壁塑性區(qū)受到的應力大小幾乎不受采深變化的影響，主要取決于煤體的峰后特性;當靠近應力峰值附近，煤壁的受力是隨著采深的增加而增加;在煤壁前方20m左右以遠應力線趨于平穩(wěn)，說明煤層受力從此位置開始基本不再受到采動的影響，接近原巖應力，其絕對量隨采深的增加而增加。

　　直接頂?shù)氖芰κ茄芯克街本€所示層面的應力分布情況.以煤壁豎直方向的延長線和直接頂上層截面的交叉點為原點，向采空區(qū)方向為負，向右為正建立坐標系來分析直接頂板受力與采深的關系.

　　不同采深下直接頂受到的垂直應力曲線在煤壁兩側(cè)變化范圍較大，采空區(qū)側(cè)的應力值明顯小于煤壁側(cè)的應力;直接頂受到的垂直應力在采空區(qū)端部為壓應力，當采深達到1200m時端部2m范圍內(nèi)應力值明顯增大;在控頂區(qū)后側(cè)6m左右范圍內(nèi)，直接頂受到拉應力，隨采深的變化不大;直接頂控頂區(qū)受到的垂直應力隨采深變化不大，甚至有所減小;直接頂受到的垂直應力的峰值隨采深的增加而增加，但在采深1000m和1200m時其峰值基本相等.

　　2.2支架載荷高，且分布不均勻，合力點靠近后排支柱

　　由于堅硬頂板由于整體性硬、冒落的塊度大。一般在冒落切頂后方均有3-5m左右的懸頂，它是造成載荷分布不均的主要原因。欲改善受力分布，應及時處理頂板，盡可能減少頂板懸露面積。

　　3、工作面堅硬頂板控制

　　3.1控制頂板的斷裂位置

　　為減輕堅硬頂板對工作面的危險可先計算出頂板的斷裂位置。下位堅硬頂板在控頂區(qū)內(nèi)斷裂后，隨著采面的推進，支柱的前移，斷裂頂板發(fā)生回轉(zhuǎn)下沉，其下面支柱就會逐漸傾斜、失穩(wěn)，最終失去平衡，從而發(fā)生推垮支柱的頂板事故。因此，把頂板控制在切頂線外斷裂，保持控頂區(qū)頂板完整性，是避免發(fā)生此類頂板事故的重要因素。從許多實驗結果可以得出，提高工作面切頂阻力，可使下位頂板的斷裂位置由控頂區(qū)內(nèi)移向切頂線，從而有利于對頂板的控制。同時還可以看出，頂板斷裂位置與頂板厚度有關。當頂板厚度增大時，還需再增大切頂阻力，才能把頂板切落在采空區(qū)內(nèi)。

　　頂板斷裂位置可根據(jù)回采工作面開采初期的巷道布置，按照薄板的假設計算原理計算得出。假設其厚度(h)與寬度(a)的比值h/a=1/7～1/15。根據(jù)開采條件及邊界煤柱大小，又可將老頂巖層假設為四種情況：四邊固支、三固一簡、兩固兩簡及一固三簡。四邊固支條件下基本頂垮落步距計算如下：

　　3.2強制放頂法

　　強制放頂法包括采后爆破和采前預爆破兩類。采后爆破是在工作面后方采空區(qū)，向頂板打眼裝藥，用爆破的方法強迫頂板冒落。采前預爆破是在工作面前方頂板打眼裝藥，用爆破的方法預先松動頂板，當工作面采過后頂板可自行冒落的方法。

　　3.3壓力注水弱化頂板

　　壓力注水弱化頂板就是在工作面前方預先向頂板鉆孔注壓力水，利用水對巖體的壓裂和軟化作用，破壞頂板的完整性和降低頂板巖石強度，當工作面采過后，頂板可正常垮落，減小來壓對工作面的威脅。巖石有吸水軟化特性，人為地向巖體內(nèi)注水，除了水可以降低巖石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦系數(shù)外，水的壓裂作用是十分明顯的，壓裂破壞了巖體的完整性，從而達到放頂目的。

　　4、結語

　　控制頂板的斷裂位置簡單經(jīng)濟，但是受很多地質(zhì)條件的影響，因此不是很準確。爆破法放頂破壞巖體的完整性是一種可行的頂板處理方法，其中采前預爆破，干擾回采工序較小，但炸藥消耗量大，成本高，特別是大量的炸藥在井下爆破，污染嚴重。注水目前存在著效率低，某些頂板軟化效果差等缺點，提高注水弱化頂板的效率，減少工程量，降低注水成本等是今后研究的發(fā)展注水法的重點。

　　參考文獻

　　[1] 靳鐘銘，徐林生.煤礦堅硬頂板控制[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1998

　　[2] 錢鳴高.礦山壓力及其控制[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1994

　　[3] 杜計平，蘇景春.煤礦深井開采的礦壓顯現(xiàn)及控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2000

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